CN104428645A - 带有传感器的车轮用轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明的带有传感器的车轮用轴承装置在车轮用轴承(100)中设置有多个传感器(20)以检测施加于其上的荷载，并具有：对其输出信号进行处理，产生信号矢量的信号处理机构(31)；根据该信号矢量，对施加于车轮上的荷载进行运算的荷载运算处理机构(32)。荷载运算处理机构(32)包括系数变换处理部(33)，该系数变换处理部(33)根据作为已确定的轴承(100)的标准的荷载推算系数的标准荷载推算系数(MB)，计算作为安装于实际的车辆上的状态的荷载推算系数的实际状况荷载推算系数(MC)；荷载运算部(34)，其根据通过该系数变换处理部(33)而计算的实际状况荷载推算系数(MC)与上述信号矢量，对施加于车轮上的荷载进行运算。

Description

带有传感器的车轮用轴承装置

相关申请

本申请要求申请日为2012年6月27日、申请号为JP特愿2012—144458号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及带有传感器的车轮用轴承装置，其包括检测施加于车轮的轴承部上的荷载的荷载传感器。

背景技术

作为检测施加于汽车的各车轮上的荷载的技术，人们提出有下述的带有传感器的车轮用轴承，其中，在车轮用轴承的外圈外径面上粘贴形变仪，根据外圈外径面的形变检测荷载(比如专利文献1)。另外，人们还提出有根据设置于车轮上的多个形变传感器的输出信号，推算施加于车轮上的荷载的运算方法(比如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特表2003—530565号公报

专利文献2：JP特表2008—542735号公报

专利文献3：JP特开2010—242902号公报

发明内容

发明要解决的课题

像在专利文献1、2中公开的技术那样，在采用形变传感器推算施加于车轮上的荷载的场合，环境温度导致传感器的漂移、伴随传感器的安装的形变造成的初始漂移是成问题的。

作为解决上述课题的方案，人们还提出有下述的带有传感器的车轮用轴承装置，在该带有传感器的车轮用轴承装置中，于轴承固定圈上设置多个传感单元，针对面对配置的传感单元的输出信号求出振幅的差分，根据该值，分情况进行运算，由此，推算输入荷载(专利文献3)。另外，还可进行下述的处理，其中，通过对运算处理结果产生影响的制动器的ON/OFF信息等，切换用于带有传感器的车轮用轴承装置的荷载运算的荷载推算系数，以进行运算处理。

但是，在于专利文献3中公开的带有传感器的车轮用轴承装置中，必须要求根据作为用于荷载运算的荷载推算系数的像在下面描述的那样，预先通过荷载试验机而求出的荷载推算系数求出不同的使用条件的荷载推算系数的处理。

可根据试验机的荷载试验的结果，求出施加于车轮用轴承上的各方向的荷载Fx、Fy、Fz，或力矩荷载Mx、Mz等，求出传感器输出信号的对应关系。但是，即使在将通过试验机而求出的荷载推算系数MB以原样地用于荷载运算的情况下，仍无法在车的行驶状态正确地求出荷载。其原因在于在试验机和实际车辆的场合，具有车轮用轴承的安装姿势的不同、安装部件周边的刚性的不同。

可在试验机中进行基于各种安装姿势的荷载施加试验，但是具有必须要求还再现实际车辆的转向节部件、悬架部件的刚性的影响，导致花费试验的功夫，具有不现实的问题。另外，还具有将该轴承安装于车辆的任意位置而使用的情况，人们希望无论在安装于车的前后左右等的哪个位置，均求出荷载。由此，必须要求采用通过试验机而获得的标准的荷载推算系数MB，计算与实际的使用条件相对应的荷载推算系数MC的处理。

本发明的目的在于提供一种带有传感器的车轮用轴承装置，其可采用与车轮用轴承的使用条件相对应的荷载推算系数，推算而输出正确的荷载。

用于解决课题的技术方案

本发明的带有传感器的车轮用轴承装置包括：

车轮用轴承，该车轮用轴承包括：外方部件，在该外方部件的内周形成有多排滚动面；内方部件，在该内方部件的外周，形成与该滚动面面对的滚动面；多排滚动体，该多排滚动体介设于该两个部件的面对的滚动面之间，该车轮用轴承以能旋转的方式将车轮支承于车身上；

多个传感器20，该多个传感器20安装于该车轮用轴承上，检测施加于该轴承上的荷载；信号处理机构31，该信号处理机构31对上述各传感器20的输出信号进行处理，产生信号矢量；荷载运算处理机构32，该荷载运算处理机构32根据该信号矢量，对施加于上述车轮上的荷载进行运算，

上述荷载运算处理机构32包括：系数变换处理部33，该系数变换处理部33根据作为已确定的轴承的标准的荷载推算系数的标准荷载推算系数MB，计算作为安装于实际的车辆上的状态的荷载推算系数的实际状况荷载推算系数MC；荷载运算部34，该荷载运算部34根据通过该系数变换处理部33而计算的实际状况荷载推算系数MC和上述信号矢量，对施加于上述车轮上的荷载进行运算。在这里，上述已确定的标准荷载推算系数MB为比如，通过相对安装于车辆上之前的轴承而进行的荷载试验而求出的荷载推算系数。上述传感器20安装于上述车轮用轴承上，但是上述信号处理机构31和荷载运算处理机构32既可安装于上述车轮用轴承上，也可与车轮用轴承离开，设置于车辆的ECU、变频装置等上。

按照该方案，如果通过试验机而求出包括车轮用轴承的个体差的特性，事先准备个别的标准荷载推算系数MB，在荷载运算处理机构32的系数变换处理部33中，可通过变换系数对固定有轴承的转向节部件的材质、形状以及左右轮的差、轴承安装姿势的不同等，基于使用条件的特性的不同进行补偿，计算与使用条件相对应的实际状况荷载推算系数MC。由此，可采用与车轮用轴承的使用条件相对应的荷载推算系数，运算而输出正确的荷载。

也可在本发明中，上述荷载运算处理机构32的上述系数变换处理部33包括：变换系数存储部35，在该变换系数存储部35中写入有变换系数T(k)，该变换系数T(k)用于从上述标准荷载推算系数MB变换为上述实际状况荷载推算系数MC；参数存储部36，在该参数存储部36中写入参数k，该参数k指定将上述轴承安装于车辆上的状态。

还可在本发明中，写入上述参数存储部36中的参数k包括：指定车辆的种类、上述轴承的装载位置以及制动器的ON/OFF状态进行指定的参数中的至少1个。

也可在本发明中，上述荷载运算处理机构32的系数变换处理部33包括车轮位置对应变换指令部，该车轮位置对应变换指令部对应于车轮的左右装载位置给出下述指令：从上述信号处理机构31而输入到荷载运算处理机构32中的上述荷载运算部中的信号矢量的排列变换；以及从系数变换处理部33提供给荷载运算部的上述实际状况荷载推算系数MC的排列变换。

在该方案的场合，在轴承为左右对称形状的场合，由于可通过借助来自车轮位置对应变换指令部的指令，进行信号电平的排列的替换处理以及实际状况荷载推算系数MC的排列变换处理的方式来对应，故可仅仅配备一个装载位置的变换系数，由于不必要求配备全部的变换系数，故可节约存储器区域。

在该场合，上述信号处理机构31也可包括交换电路43，该交换电路43对应于来自上述车轮位置对应变换指令部的指令，进行信号矢量的排列变换。

还可在本发明中，上述荷载运算处理机构32的系数变换处理部33中的用于计算上述实际状况荷载推算系数MC的一系列的序列(sequence)处理在初始化处理中进行。

也可在本发明中，在上述轴承中设置ID存储器38，在该ID存储器38中写入有指定该轴承的ID信息，上述荷载运算处理机构32的系数变换处理部33包括ID非易失性存储器40，该ID非易失性存储器40在初始化处理时，从上述ID存储器38中读取而存储ID信息。

在该场合，上述荷载运算处理机构32的系数变换处理部33也可具有下述功能，该功能指在电源接通时，从上述ID存储器38中读取ID信息，将其与上述ID非易失性存储器40所存储的ID信息进行比较，确认是否与在初始设定中被关联的正规的轴承连接。上述的“电源接通时”指上述荷载运算处理机构32的电源接通时，比如车辆的起动开关中的辅助模式ON时。

还可在本发明中，在上述轴承中设置写入上述标准荷载推算系数MB的MB存储器39，上述荷载运算处理机构32的系数变换处理部33能从上述MB存储器39中读取上述标准荷载推算系数MB。

也可在本发明中，在荷载运算处理机构32的系数变换处理部33中，从外部而单独供给：通过特别指定上述轴承的ID信息而指定的标准荷载推算系数MB的数据文件。

还可在本发明中，设置3个以上的检测施加于轴承上的荷载的传感器20，上述荷载运算处理机构32根据上述3个以上的传感器20的输出信号，对作用于车轮用轴承上的垂直方向荷载Fz、前后方向的荷载Fx与轴向荷载Fy进行运算。

也可在本发明中，检测施加于轴承上的荷载的上述传感器20检测上述外方部件和内方部件之间的相对变位。

还可在本发明中，检测施加于轴承上的荷载的上述传感器20检测上述外方部件和内方部件中的固定侧部件的形变。

也可在本发明中，上述传感器20为传感单元20，该传感单元20设置于上述外方部件和内方部件中的固定侧部件的外径面上，该传感单元20包括形变发生部件和1个以上的形变检测元件，该形变发生部件接触而固定于上述固定侧部件的外径面上，该1个以上的形变检测元件检测该形变发生部件的形变。

还可在该场合，上述传感单元20以圆周方向90度的相位差，按照4个而均等配置于位于轮胎触地面的上下位置和左右位置的上述固定侧部件的外径面的顶面部、底面部、右面部与左面部上。

可通过像这样，设置4个传感单元20，推算作用于车轮用轴承上的垂直方向荷载Fz、前后方向的荷载Fx与轴向荷载Fy。另外，即使在轴承的荷载状态变化的情况下，仍可根据设置于负荷圈侧的传感单元20的输出信号，稳定地检测滚动体周期，可提高荷载推算输出的精度。

另外，也可在该场合，上述传感单元20包括形变发生部件和2个以上的形变检测元件，该形变发生部件具有接触而固定于上述固定侧部件的外径面上的3个以上的接触固定部，该2个以上的形变检测元件安装于该形变发生部件上，检测该形变发生部件的形变。

还可在该场合，上述形变检测元件分别设置于上述形变发生部件的邻接的第1和第2接触固定部之间、以及邻接的第2和第3接触固定部之间，邻接的上述接触固定部的间隔、或邻接的上述形变检测元件的间隔按照滚动体的排列间距的(n+1/2)倍而设定，其中n为整数。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个方案中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。

图1为将本发明的一个实施方式的带有传感器的车轮用轴承装置的轴承的剖视图和其检测系统的构思结构的方框图组合而表示的图；

图2为从外侧而观看该轴承的外方部件的主视图；

图3为该带有传感器的车轮用轴承装置中的传感单元的一个例子的放大剖视图；

图4为沿图3中的IV—IV线的剖视图；

图5为表示检测系统的另一结构例子的方框图；

图6A为表示将该车轮用轴承安装于左侧车轮上的场合的传感器输出信号的排列的说明图；

图6B为表示将该车轮用轴承安装于右侧车轮上的场合的传感器输出信号的排列的说明图。

具体实施方式

根据图1～图6A、图6B，对本发明的一个实施方式进行说明。该实施方式为第3代型的内轮旋转型，用于驱动轮支承用的车轮用轴承100。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状态时靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间的一侧称为内侧。

该带有传感器的车轮用轴承中的车轮用轴承100像图1的纵向剖视图所示的那样，由外方部件1、内方部件2与多排滚动体5构成，在该外方部件1的内周形成多排滚动面3，在该内方部件2的外周形成与各滚动面3面对的滚动面4，该多排滚动体5介设于外方部件1和内方部件2的滚动面3、4之间。该车轮用轴承100为多排的角接触滚珠轴承型，滚动体5由滚珠构成，针对各排通过保持器6保持。上述滚动面3、4的截面呈圆弧状，按照滚珠接触角在背面对合的方式形成。外方部件1和内方部件2之间的轴承空间的两端分别通过一对密封件7、8密封。

外方部件1构成固定侧部件，在其外周具有安装于车体的悬架装置(在图中未示出)中的转向节16上的车身安装用法兰1a，整体为一体的部件。在法兰1a中的圆周方向的多个部位，开设有转向节安装用的螺纹孔14，通过将从内侧穿过转向节16的螺栓插孔17的转向节螺栓(图中未示出)与上述螺纹孔14螺合，将车身安装用法兰1a安装于转向节16上。

内方部件2为旋转侧部件，其由轮毂圈9和内圈10构成，该轮毂圈9具有车轮安装用的轮毂法兰9a，该内圈10嵌合于该轮毂圈9的轴部9b的内侧端的外周。在该轮毂圈9和内圈10上形成上述各排的滚动面4。在轮毂圈9的内侧端的外周上，设置具有高差而直径变小的内圈嵌合面12，该内圈10嵌合于该内圈嵌合面12上。在轮毂圈9的中心开设通孔11。在该轮毂法兰9a中的周向多个部位，开设有轮毂螺栓(图中未示出)的压配合孔15。在轮毂圈9的轮毂法兰9a的根部附近，对车轮和制动部件(图中未示出)进行导向的圆筒状的导向部13向外侧突出。

图2表示从外侧观看该车轮用轴承100的外方部件1的主视图。另外，图1表示沿图2中的I—I线的剖视图。上述车身安装用法兰1a像图2那样，为设置有各螺纹孔14的圆周方向部分突出于其它的部分的外径侧的突片1aa。

在作为固定侧部件的外方部件1的外径面上设置作为荷载检测用传感器的4个传感单元20。在这里，这些传感单元20设置于位于相对轮胎触地面的上下位置和前后位置的外方部件1的外径面中的顶面部、底面部、右面部与左面部上。

各传感单元20的形变检测元件22与通过图1的方框图而表示的检测系统单元30连接。该检测系统单元30由信号处理机构31与荷载运算处理机构32构成，该信号处理机构31对上述各传感单元20的输出信号进行处理，形成信号矢量，该荷载运算处理机构32根据该信号矢量，对施加于车轮上的荷载进行运算。信号处理机构31与荷载运算处理机构32既也可不一定作为检测系统单元30而一体化，也可相互分离地设置。另外，该信号处理机构31、荷载运算处理机构32既可装载于车轮用轴承100上，也可与车轮用轴承100分离，而位于车辆中的主ECU(电子控制单元)的附近等处，还可作为ECU的总控制部的下位控制部等而设置。

在本实施方式中，作为检测施加于车轮上的各方向的荷载的传感器，采用图2～图4中的给出一个结构例子的传感单元20。各传感单元20像在后面具体描述的那样，由形变发生部件21和形变检测元件22(22A、22B)构成(图3、图4)，该形变发生部件21通过接触固定部21a固定于外方部件1上，该形变检测元件22(22A、22B)安装于形变发生部件21上，检测形变发生部件21的形变。在该图3、图4的结构例子中，1个传感单元20采用2个形变检测元件22(22A、22B)，但是，也可为1个传感单元20采用1个形变检测元件22的结构。

荷载检测用的传感器并不限定于上述图2～图4的形式，也可将比如位移传感器(涡电流传感器、磁性传感器、磁阻传感器等)设置于外方部件1和内方部件2中的固定侧部件上，检测目标设置于旋转轮上，求出外方部件和内方部件之间的相对位移量，根据预先求出的荷载和位移的关系，求出所施加的荷载。即，本实施方式的结构适用于作用于外方部件1和内方部件2之间的力通过设置于固定侧部件上的传感器进行直接/间接地检测、通过运算推算输入荷载的方式的荷载传感器。

另外，为了计算X、Y、Z方向的三方向的各荷载Fx、Fy、Fz或相应的方向的力矩荷载，必须要求采用至少3个以上的传感器信息(传感器的输出信号)的运算处理结构。即，形成下述的结构，其包括荷载检测系统单元30，该荷载检测系统单元30根据需要形成对多个传感器信号进行加工处理，将其抽取的信号矢量，采用它，进行荷载推算运算处理，求出输入荷载F(＝{Fx、Fy、Fz…})。

在这样的结构的荷载检测系统单元30中，在近似线性成立的范围内，如果通过S而表示各传感器信号的信号矢量，则输入该信号电平S，按照满足下述关系式的方式，通过数值解析、实验而确定运算系数行列M和偏差(offset)Mo，由此可进行荷载推算处理。

F＝M·S+Mo   ……(1)

如果对应于荷载输入范围，适当地设定近似线性范围，则可通过荷载推算系数，推算宽幅的输入荷载。

在这里，输入荷载和传感器信号的信号矢量S的关系可通过下述方式求出，该方式为：比如，通过施加荷载的试验机施加各方向的荷载Fx、Fy、Fz以及各方向的力矩荷载Mx、Mz等的荷载，测定相对该荷载的传感器信号。在这里，将式(1)的系数M和偏差Mo相加，将通过试验机而求出的标准的荷载推算系数(在下面称为标准荷载推算系数)表示为MB。于是，式(1)通过下述的关系式而表达：

F＝MB·S   ……(2)

但是，在这里求出的标准荷载推算系数MB原样地适用于实际的车辆行驶时而获得的传感器数据的场合，计算不同于实际的输入荷载值的荷载推算值，无法正确地求出荷载。其原因在于如通过“发明要解决的课题”说明的那样，在试验机和实际车辆中，因车轮用轴承100的安装姿势的不同、安装轴承100的周边部件的刚性的不同，发生于轴承100的形变、变形状态产生差异。可于试验机中再现安装于实际车辆上的状态，进行各种安装姿势的荷载施加试验，但是为了具体地再现实际车辆的转向节部件、悬架部件的影响，具有必须要求复杂的设定和大型的装置，试验花费时间，无法进行现实的校准的问题。

于是，在该带有传感器的车轮用轴承装置中，于图1的荷载运算处理机构32中设置系数变换处理部33，该系数变换处理部33对通过试验机而获得的标准荷载推算系数MB进行与实际的使用条件相对应的变换操作，计算实际的车辆的荷载推算系数(在下面称为实际状况荷载推算系数)MC；荷载运算部34，该荷载运算部34根据通过系数变换处理部33而计算的实际状况荷载推算系数MC和通过上述信号处理机构31而产生的信号矢量，对施加于车轮上的荷载进行运算。

上述系数变换处理部33包括：变换系数存储部35，在该变换系数存储部35中，写入用于从上述标准荷载推算系数MB变换为上述实际状况荷载推算系数MC；参数存储部36，在该参数存储部36中，写入指定装载有轴承100的车辆的种类等的信息、装载车轮位置、将轴承100安装于车辆上的状态等的参数k；MC存储部37，该MC存储部37存储经变换而获得的实际状况荷载推算系数MC。变换系数存储部35、参数存储部36与MC存储部由非易失性存储器构成。作为上述参数k，还包括指定制动器的ON/OFF状态的参数。

另一方面，在车轮用轴承100上，设置写入特别指定该轴承100的ID信息的ID存储器38；写入上述标准荷载推算系数MB的MB存储器39。另外，在荷载运算处理机构32的系数变换处理部33中，设置有ID非易失性存储器40和MB非易失性存储器41，该ID非易失性存储器40和MB非易失性存储器41通过通信机构，从上述ID存储器38和MB存储器39读取而存储该ID信息和标准荷载推算系数MB。

在荷载运算处理机构32的系数变换处理部33中，如果处于将轴承100装载于车辆上，与检测系统单元30连接的状态，则首先进行下述那样的初始化处理。在该初始化处理中，从轴承100上的ID存储器38和MB存储器39读取ID信息和标准荷载推算系数MB，将其复制于ID非易失性存储器40和MB非易失性存储器41中。然后，进行采用指定写入参数存储部36中的车辆信息、装载车轮位置等的参数k，将标准荷载推算系数MB变换为实际状况荷载推算系数MC的处理。在该变换中，进行从预先写入变换系数存储部35中的变换系数T(k)选择适合于已设定的使用条件，即参数k的变换系数T(k)，对标准荷载推算系数MB进行变换的处理。

比如，可作为按照下述式那样，加上变换系数的方案而进行处理。

MC＝MB+T(k)   ……(3)

变换系数T(k)的值可采用通过实际车辆条件而求出的传感器输出信号的实际状况荷载推算系数MC、与通过标准状态的试验条件而求出的标准荷载推算系数MB，作为下述式等而求出：

T(k)＝MC－MB   ……(4)

另外，在图1所示的系数变换处理部33中，按照实际状况荷载推算系数MC仅仅为1种的方式表示，但是，由于根据实际上，输入荷载的状态，比如回转内侧/外侧、车轮的旋转速度、制动器的ON/OFF状态等，切换数种的系数进行运算处理，故配备多个实际状况荷载推算系数MC。对于标准荷载推算系数MB，同样地设定与输入荷载的状态相对应的多个标准荷载推算系数MB。

在初始化处理中，于系数变换处理部33中，根据由轴承100的MB存储器39而读取的标准荷载推算系数MB，求出对应于使用条件而变换的多个实际状况荷载推算系数MC，将其存储于MC存储器37中。在像这样，结束初始化处理后，处于对应于所输入的传感器输出信号的信号矢量、通过荷载运算部34求出推算荷载、将其输出的状态。

不仅采用上述方案，而且还可按照下述方式构成，该方式为：仅仅将存储有ID信息的ID存储器38装载于轴承100上，标准荷载推算系数MB的数据本身通过单独数据文件，供给系数变换处理部33。在该场合，如果与ID信息相对应的数据文件供给到网络上等处，则可读入与从ID存储器38而读取的ID信息一致的标准荷载推算系数MB的数据，不必要求事先于轴承100上装载标准荷载推算系数MB用的大的存储器。

在这里，从轴承100上的ID存储器38而读取且存储于ID非易失性存储器40中的ID信息可用于确认轴承100和检测系统单元30的连接。即，在电源接通时，一次地从轴承100上的ID存储器38而读取ID信息，在该值进行初始化处理时，确认是否与存储于系数变换处理部33中的ID非易失性存储器40中的ID信息一致，在不同的场合，可判定为具有连接不同，或变更轴承100。接着，可根据该判断结果输出错误信息，催促确认，或可根据需要进行再次实施初始化处理等的处理。另外，上述的“电源接通时”指上述检测系统单元30或上述荷载运算处理机构32的电源接通的场合，比如，车辆的启动开关中的辅助模式为ON的场合。

图6A、图6B表示将该车轮用轴承100安装于左侧车轮上的场合和安装于右侧车轮上的传感器输出信号的排列的不同，图6A表示安装于左侧车轮上的场合，图6B表示安装于右侧车轮上的场合。在像该例子的那样，仅仅轴承100的安装姿势不同，其它的特性对称的场合，可仅仅通过变换坐标系统求出荷载推算系数。由于在表示安装于左侧车轮上的场合的图6A的场合，与位于车辆前方的传感器相对应的传感器输出信号为S4，在由全部的传感器输出信号构成的信号矢量S中，与(S1、S2、S3、S4)并列，故形成按照(上、前、下、后)的顺序而传感器输出信号并列的结构。

相对该情况，在表示安装于右侧车轮上的场合的图6B的场合，由于与位于车辆前方的传感器相对应的传感器输出信号为S2，故形成由全部传感器的输出信号构成的矢量S(S1、S2、S3、S4)的排列，按照(上、前、下、后)的顺序而并列。如果进行替换它的操作，形成(S1、S2、S3、S4)的排列的信号矢量S’，则可形成与安装于左侧车轮上的场合的信号矢量S相同的信号结构，在运算处理中，可原样地输入。

另外，由于还具有通过左右反转，荷载的方向反转的情况，故可在系数变换处理部33中，根据需要实施相当于轴承100的标准荷载推算系数MB的仿射变换(符号反转处理等)的运算处理。于是，如果通过行驶数据和试验机的数据的比较，计算左侧车轮的变换系数T(k)，则相对右侧车轮，不必要求配备全部的变换系数T(k)，可削减变换系数用的存储器容量。

图5表示采取这样的对策的检测系统单元30的结构例子。在该结构例子中，在荷载运算处理机构32中的系数变换处理部33中，设置车轮的位置对应变换指令部42，该车轮位置对应变换指令部42对应于车轮的左右装载位置，给出从上述信号处理机构31输入到荷载运算处理机构32的荷载运算部34中的信号矢量的排列变换；以及从系数变换处理部33提供给上述荷载运算部34的实际状况荷载推算系数MC的排列变换的指令。另外，对应于该情况，在信号处理机构31中设置交换电路43，该交换电路43对应于来自上述车轮位置对应变换指令部42的指令，进行信号矢量的排列变换。其它的结构与图1的结构例子的场合相同。

还在该结构例子的场合，与在先描述的初始化处理相同，根据轴承100的标准荷载推算系数MB，采用实际车辆的左侧车轮用的变换系数T(k)，计算实际车辆的左侧车轮用的实际状况荷载推算系数MC。紧接于它，通过将上述车轮位置对应变换指令部42的参数(LtoR Transform，左右变换)设定在ON，进行右侧车轮的变换设定。由此，信号处理机构31的交换电路43为ON，将信号矢量的排列变换为右侧车轮用的并列，并且进行实际状况荷载推算系数MC的仿射变换处理，进行实际状况荷载推算系数MC的再设定处理。

下面针对图1的传感单元20的一个结构例子的具体结构进行说明。设置于图2的4个部位的各传感单元20像图3和图4的放大俯视图和放大剖视图所示的那样，由形变发生部件21和2个形变检测元件22(22A、22B)构成，2个形变检测元件22(22A、22B)安装于该形变发生部件21上，检测形变发生部件21的形变。形变发生部件21为厚度小于2mm的薄板件，该薄板件由钢材等的可弹性变形的金属制成，平面的基本形状在全长的范围内，呈均匀宽度的带状。另外，形变发生部件21包括3个接触固定部21a，该接触固定部21a经由间隔件23，接触而固定于外方部件1的外径面上。3个接触固定部21a朝向形变发生部件21的纵向，按照1排并列而设置。2个形变发生部件22中的1个形变检测元件22A，在图4中，设置于左端的接触固定部21a和中间的接触固定部21a之间，在中间的接触固定部21a和右端的接触固定部21a之间，设置另一形变检测元件22B。

像图3那样，在形变发生部件21的两侧边部中的与上述各形变检测元件22A、22B的设置部相对应的2个部位的位置，分别形成缺口部21b。缺口部21b的角部的截面呈圆弧状。形变检测元件22检测缺口部21b周边的周向的形变。另外，形变发生部件21最好为即使在施加假定的最大的力的状态的情况下，仍不发生塑性变形的部件，该假定的最大的力作为：作用于作为固定侧部件的外方部件1上的外力、或作用于轮胎和路面之间的作用力。其原因在于：如果产生塑性变形，则外方部件的变形不传递给传感单元20，对形变的测定产生影响。所假定的最大的力为比如，即使在作用有该力的情况下，车轮用轴承100仍不损伤，如果去除该力，恢复车轮用轴承100的正常的功能的范围内的最大的力。

上述传感单元20按照下述方式设置，该方式为：该形变发生部件21的3个接触固定部21a到达外方部件1的轴方向的相同尺寸的位置，并且到达各接触固定部21a相互于圆周方向离开的位置，这些接触固定部21a分别经由间隔件23，通过螺栓24固定于外方部件1的外径面上。上述各螺栓24分别从设置于接触固定部21a上的于径向贯通的螺栓插孔25，穿过间隔件23的螺栓插孔26，与开设于外方部件1的外周部上的螺纹孔27螺合。通过像这样，经由间隔件23，将接触固定部21a固定于外方部件1的外径面上，作为薄板状的形变发生部件21中的具有缺口部21b的各部位处于与外方部件1的外径面离开的状态，缺口部21b的周边的形变变形容易。

作为设置接触固定部21a的轴向位置，在这里选择位于外方部件1的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置。在这里所说的外侧排的滚动面3的周边为从内侧排和外侧排的滚动面3的中间位置到外侧排的滚动面3的形成部的范围。在以良好的稳定性将传感单元20固定于外方部件1的外径面上的方面，在外方部件1的外径面中的接触固定有上述间隔件23的部位，形成平坦部1b。

此外，还可在外方部件1的外径面中的固定有上述形变发生部件21的3个接触固定部21a的3个部位的各中间部，开设有槽(图中未示出)，省略上述间隔件23，形变发生部件21中的缺口部21b所在的各部位从外方部件1的外径面离开。

形变检测元件22可采用各种类型。比如，通过金属箔应变仪构成形变检测元件22。在该场合，通常与形变发生部件21粘接固定。另外，通过厚膜电阻体，在形变发生部件21上形成形变检测元件22。

还有，在图3和图4所示的结构中，于作为固定侧部件的外方部件1的外径面的圆周方向而并列的3个接触固定部21a中，位于其排列的两端的接触固定部21a的间隔按照与滚动体5的排列间隔P相同的程度而设定。在该场合，分别设置于邻接的接触固定部21a的中间位置的2个形变检测元件22A、22B之间的上述圆周方向的间隔为滚动体5的排列间隔P的基本1/2。其结果是，2个形变检测元件22A、22B的输出信号S0、S1具有基本180度的相位差。

另外，在图3和图4所示的结构中，位于其排列的两端的接触固定部21a的间距按照与滚动体5的排列间隔P相同的程度而设定，邻接的接触固定部21a的中间位置分别设置各1个形变检测元件22A、22B，由此，2个形变检测元件22A、22B之间的上述圆周方向的间距为滚动体5的排列间隔P的基本1/2。也可不同于此，而直接将2个形变检测元件22A、22B之间的上述圆周方向的间距设定为滚动体5的排列间隔P的1/2。

在该场合，2个形变检测元件22A、22B之间的上述圆周方向的间距也可为滚动体5的排列间隔P的{1/2+n(n：整数)}倍，或近似于它们的值。

由于传感单元20设置于位于外方部件1的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置，故形变检测元件22A，22B的输出信号受到通过传感单元20的设置部的附近的滚动体5的影响。另外，即使在轴承的停止时的情况下，形变检测元件22A、22B的输出信号仍受到滚动体5的位置的影响。即，在滚动体5通过传感单元20中的最接近于形变检测元件22A、22B的位置时(或滚动体5位于该位置时)，形变检测元件22A、22B的输出信号为最大值，其伴随滚动体5相对该位置的远离(或滚动体5位于与该位置离开的位置)而降低。由于在轴承旋转时，滚动体5以规定的排列间隔P，依次通过传感单元20的设置部的附近，故形变检测元件22A、22B的输出信号形成以滚动体5的排列间距为周期，接近周期性地变化的正弦波的波形。另外，形变检测元件22A、22B的输出信号受到温度的影响、转向节16和车身安装用法兰1a(图1)的面间等的滑动的滞后(hysteresis)的影响。

也可在将像这样构成的传感单元20用作荷载检测传感器的场合，比如在信号处理机构31中，对上述2个形变检测元件22A、22B的输出信号的差分进行运算，输出构成振幅值的信号矢量。在该场合，由于像上述那样，2个形变检测元件22A、22B的输出信号具有基本180度的相位差，故构成振幅值的信号矢量为抵消2个形变检测元件22A、22B的各输出信号中出现的温度的影响、转向节/法兰面间等的滑动的影响的值。于是，可通过将该信号矢量用作下一级的荷载运算处理机构32的运算的变量，更加正确地运算/推算作用于车轮用轴承100、轮胎触地面上的荷载。

整理通过本发明的实施方式而获得的效果，在下面给出。

·如果通过试验机求出包括车轮用轴承100的个体差异的特性，事先配备个别的标准荷载推算系数MB，则可通过变换系数T(k)而对固定有轴承100的转向节部件的材质、形状以及左右轮的差、轴承安装姿势的不同等，使用条件的特性的不同进行补偿，计算与使用条件相对应的实际状况荷载推算系数MC。

·由于可采用通过试验机而获得的标准荷载推算系数MB，计算与实际的使用条件相对应的实际状况荷载推算系数MC，故相对将车轮用轴承100装载于实际车辆上的各条件，不必要求在全部的车轮用轴承100中，进行荷载外加试验。

·通过最低限的试验，可进行有效的校准，可降低制造成本。

·车轮用轴承100的出厂时管理的参数仅仅为标准荷载推算系数MB，管理和处理容易。其结果是，可降低管理成本。

·由于即使在同类型的车轮用轴承100安装于不同的车轮位置、不同的车型的情况下，轴承个别的参数和与车辆的使用条件有关的参数被分别管理，故可根据记录于轴承100中的个体信息，自动地进行相关的变化处理，可确实地进行适合的设定。

·在图5的结构例子中，在轴承100为左右对称形状的场合，可通过进行输入传感器信号的替换处理、实际状况荷载推算系数MC的仿射变换处理(系数的标号替换处理等)的功能，仅仅配备一个装载位置的变换系数即可，不必要求配备全部的变换系数，节约存储器区域。

如果像这样，采用该带有传感器的车轮用轴承装置，由于设置作为检测施加于轴承100上的1个以上的传感单元20，通过信号处理机构31，对各传感单元20的输出信号S进行处理，产生信号矢量，根据该信号矢量，通过荷载运算处理机构32对施加于车轮上的荷载进行运算，该荷载运算处理机构32包括：系数变换处理部33，该系数变换处理部33根据作为已确定的轴承100的标准的荷载推算系数的标准荷载推算系数MB，计算安装于实际的车辆上的状态的作为荷载推算系数的实际状况荷载推算系数MC；荷载运算部34，该荷载运算部34根据通过该系数变换处理部33而计算的实际状况荷载推算系数MC和上述信号矢量，对施加于上述车轮上的荷载进行运算，故可采用与轴承100相对应的荷载推算系数，运算而输出正确的荷载。

如果荷载作用于车轮的轮胎和路面之间，则还在作为车轮用轴承100的固定侧部件的外方部件1上施加荷载，产生变形。在图3和图4的结构例子中，由于传感单元20中的形变发生部件21的3个接触固定部21a接触而固定于外方部件1上，故外方部件1的形变容易放大而传递给形变发生部件21，通过形变检测元件22A、22B以良好的灵敏度而检测其形变。

在本实施方式中，由于设置4个上述传感单元20，各传感单元20以圆周方向90度的相位差，按照4个而均等配置于位于轮胎触地面的上下位置和左右位置的上述外方部件1的外径面的顶面部、底面部、右面部与左面部上，故可推算作用于车轮用轴承100上的垂直方向荷载Fz、前后方向的荷载Fx、轴向荷载Fy。

另外，在本实施方式中，对外方部件1为固定侧部件的场合进行了说明，但是，本发明也可适用于内方部件为固定侧部件的车轮用轴承，在该场合，传感单元20设置于位于内方部件的内周的周面上。

此外，在本实施方式中，对适用于第3代的车轮用轴承100的场合进行了说明，但是，本发明还可适用于构成轴承部分和轮毂相互独立的部件的第1或第2代的车轮用轴承、内方部件的一部分由等速接头的外圈构成的第4代的车轮用轴承。还有，该带有传感器的车轮用轴承装置也可适用于从动轮用的车轮用轴承，另外还可适用于各代的锥滚型的车轮用轴承。

如上所述，参照附图对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读本申请说明书后，会在显然的范围内容易想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，应被解释为属于根据权利要求书而确定的发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示外方部件；

标号2表示内方部件；

标号3、4表示滚动面；

标号5表示滚动体；

标号20表示传感单元；

标号21表示形变发生部件；

标号21a表示接触固定部；

标号22、22A、22B表示形变检测元件；

标号31表示信号处理机构；

标号32表示荷载运算处理机构；

标号33表示系数变换处理部；

标号34表示荷载运算部；

标号35表示变换系数存储部；

标号36表示参数存储部；

标号37表示MC存储部；

标号38表示ID存储器；

标号39表示MB存储器；

标号40表示ID非易失性存储器；

标号41表示MB非易失性存储器；

标号42表示车轮位置对应变换指令部；

标号43表示交换电路；

标号100表示车轮用轴承。

Claims (17)

1.一种带有传感器的车轮用轴承装置，该带有传感器的车轮用轴承装置包括：

车轮用轴承，该车轮用轴承包括：外方部件，在该外方部件的内周形成有多排滚动面；内方部件，在该内方部件的外周，形成与该滚动面面对的滚动面；多排滚动体，该多排滚动体介设于该两个部件的面对的滚动面之间，该车轮用轴承以能旋转的方式将车轮支承于车身上；

多个传感器，该多个传感器安装于该车轮用轴承上，检测施加于该轴承上的荷载；信号处理机构，该信号处理机构对上述各传感器的输出信号进行处理，产生信号矢量；荷载运算处理机构，该荷载运算处理机构根据该信号矢量，对施加于上述车轮上的荷载进行运算，

上述荷载运算处理机构包括：系数变换处理部，该系数变换处理部根据作为已确定的轴承的标准的荷载推算系数的标准荷载推算系数MB，计算作为安装于实际的车辆上的状态的荷载推算系数的实际状况荷载推算系数MC；荷载运算部，该荷载运算部根据通过该系数变换处理部而计算的实际状况荷载推算系数MC和上述信号矢量，对施加于上述车轮上的荷载进行运算。

2.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载运算处理机构的上述系数变换处理部包括：变换系数存储部，在该变换系数存储部中写入有变换系数T(k)，该变换系数T(k)用于从上述标准荷载推算系数MB变换为上述实际状况荷载推算系数MC；参数存储部，在该参数存储部中写入参数k，该参数k指定将上述轴承安装于车辆上的状态。

3.根据权利要求2所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，写入上述参数存储部中的参数k包括：对车辆的种类、上述轴承的装载位置以及制动器的ON/OFF状态进行指定的参数中的至少1个。

4.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载运算处理机构的系数变换处理部包括车轮位置对应变换指令部，该车轮位置对应变换指令部对应于车轮的左右装载位置给出下述指令：从上述信号处理机构而输入到荷载运算处理机构中的上述荷载运算部中的信号矢量的排列变换；以及从系数变换处理部提供给荷载运算部的上述实际状况荷载推算系数MC的排列变换。

5.根据权利要求4所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述信号处理机构包括交换电路，该交换电路对应于来自上述车轮位置对应变换指令部的指令，进行信号矢量的排列变换。

6.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载运算处理机构的系数变换处理部中的用于计算上述实际状况荷载推算系数MC的一系列的序列处理在初始化处理中进行。

7.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在上述轴承中设置ID存储器，在该ID存储器中写入有指定该轴承的ID信息，上述荷载运算处理机构的系数变换处理部包括ID非易失性存储器，该ID非易失性存储器在初始化处理时，从上述ID存储器中读取而存储ID信息。

8.根据权利要求7所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载运算处理机构的系数变换处理部具有下述功能，该功能指在上述荷载运算处理机构的电源接通时，从该ID存储器中读取ID信息，将其与上述ID非易失性存储器所存储的ID信息进行比较，确认是否与在初始设定中被关联的正规的轴承连接。

9.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在上述轴承中设置写入上述标准荷载推算系数MB的MB存储器，上述荷载运算处理机构的系数变换处理部能从上述MB存储器中读取上述标准荷载推算系数MB。

10.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在上述荷载运算处理机构的系数变换处理部中，从外部而单独供给：通过特别指定上述轴承的ID信息而指定的标准荷载推算系数MB的数据文件。

11.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，设置3个以上的检测施加于轴承上的荷载的传感器，上述荷载运算处理机构根据上述3个以上的传感器的输出信号，对作用于车轮用轴承上的垂直方向荷载Fz、前后方向的荷载Fx与轴向荷载Fy进行运算。

12.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，检测施加于轴承上的荷载的上述传感器检测上述外方部件和内方部件之间的相对变位。

13.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，检测施加于轴承上的荷载的上述传感器检测上述外方部件和内方部件中的固定侧部件的形变。

14.根据权利要求13所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述传感器为传感单元，该传感单元设置于上述外方部件和内方部件中的固定侧部件的外径面上，该传感单元包括形变发生部件和1个以上的形变检测元件，该形变发生部件接触而固定于上述固定侧部件的外径面上，该1个以上的形变检测元件检测该形变发生部件的形变。

15.根据权利要求14所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述传感单元以圆周方向90度的相位差，按照4个而均等配置于位于轮胎触地面的上下位置和左右位置的上述固定侧部件的外径面的顶面部、底面部、右面部与左面部上。

16.根据权利要求14所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述传感单元包括形变发生部件和2个以上的形变检测元件，该形变发生部件具有接触而固定于上述固定侧部件的外径面上的3个以上的接触固定部，该2个以上的形变检测元件安装于该形变发生部件上，检测该形变发生部件的形变。

17.根据权利要求16所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述形变检测元件分别设置于上述形变发生部件的邻接的第1和第2接触固定部之间、以及邻接的第2和第3接触固定部之间，邻接的上述接触固定部的间隔、或邻接的上述形变检测元件的间隔按照滚动体的排列间距的(n+1/2)倍而设定，其中n为整数。